一种抗氯气腐蚀的粉末烧结金属多孔体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗氯气腐蚀的粉末烧结金属多孔体的制备方法。本发明专利技术的制备方法主要是，(1)制备混合粉料：将Ni元素粉、Cr元素粉与Fe元素粉按质量百分比分别为75～80％、12～18％、2～13％的配比进行混合；(2)冷压成型：将步骤(1)制得的混合粉料造粒、干燥和成型，通过冷压成型得到压坯；(3)烧结：将步骤(2)制得的压坯在1×10-2～1×10-3Pa的真空条件下分三阶段烧结。本发明专利技术提供了一种具有丰富孔隙且孔径相对较大的抗氯气腐蚀的粉末烧结金属多孔体的制备方法，本发明专利技术采用Ni、Cr、Fe粉制成孔隙丰富的多孔材料，利用其优异的抗氯气腐蚀性能，解决海绵钛生产中的过滤难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多孔材料的制备
，具体涉及一种抗氯气腐蚀的粉末烧结金属多孔体的制备方法。
技术介绍
钛及其合金具有密度小、比强度高、耐热和抗腐蚀性能好等一系列优点，因此已被广泛应用于航天航空、国防军事、石油工业、海洋、能源、交通、化工、体育、医疗、民用等诸多领域。钛是地壳中含量最丰富的元素之一，我国的钛资源丰富、储量大、分布广，已探明的四川攀西地区和河北承德地区的钛资源储量约为世界总量的1/4。然而由于钛与氧、氮、碳、氢等元素有极强的亲和力，致使钛的制取工艺复杂、流程长、能耗高、成本居高不下，限制了钛在很多行业中的应用。为了降低钛的生产成本，研究者们不断地改进传统工艺，开发新的提取方法。迄今为止在众多的海绵钛生产方法中，真正实现工业化生产的只有Kroll法(镁热还原法)和Hunter法(钠热还原法)。目前，全球主要有美国、俄罗斯、哈萨克斯坦、乌克兰、中国和日本等几个国家生产海绵钛，而生产工艺以Kroll法为主导。Kroll法生产海绵钛时，原料TiO2经选择性氯化及粗TiCl4精馏提纯，可以在获得金属钛之前，有效地除去含钛化合物中氧以外的许多金属杂质，获得纯度高的TiCl4。然而粗TiCl4精馏提纯为费时操作，该工艺从1948年开发至今都因工艺复杂、生产周期长、不能连续化且生产成本高而受到批评。如果找到一种新型的过滤材料，能够在高温氯化过程中直接过滤掉钛矿原料中的杂质，直接得到纯度较高的精TiCl4，将大大缩短工艺流程，降低钛的生产成本，进一步促进钛在航空航天及国计民生中的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有丰富孔隙且孔径相对较大的抗氯气腐蚀的粉末烧结金属多孔体的制备方法，本专利技术采用Ni、Cr、Fe粉制成孔隙丰富的多孔材料，利用其优异的抗氯气腐蚀性能，解决海绵钛生产中的过滤难题。本专利技术的目的是通过如下的技术方案来实现的：该抗氯气腐蚀的粉末烧结金属多孔体的制备方法，包括如下步骤：(1)制备混合粉料：将Ni元素粉、Cr元素粉与Fe元素粉按质量百分比分别为75～80％、12～18％、2～13％的配比进行混合；(2)冷压成型：将步骤(1)制得的混合粉料造粒、干燥和成型，通过冷压成型得到压坯；(3)烧结：将步骤(2)制得的压坯在1×10-2～1×10-3Pa的真空条件下分三阶段烧结：第一阶段：烧结温度从室温升至400～450℃，升温速率控制在5～10℃/min，并在400～450℃下保温120～240分钟；第二阶段：将烧结温度升至750～850℃，升温速率控制在5～10℃/min，并在750～850℃下保温90～180分钟；第三阶段：将烧结温度升至1200～1350℃，升温速率控制在3～5℃/min，并在1200～1350℃下保温180～300分钟；烧结后随炉冷却即得产品。具体的，步骤(1)所述Ni元素粉、Cr元素粉与Fe元素粉的粒度为100～300目。具体的，步骤(2)所述冷压成型是在100～250Mpa下保压10秒钟的条件下进行。本专利技术与现有的技术相比，具有以下优点：(1)本专利技术所述抗氯气腐蚀Ni-Cr-Fe多孔合金材料的制备工艺简单，生产成本低。(2)本专利技术所制得的Ni-Cr-Fe多孔合金，充分利用压坯中粉末粒度之间的间隙孔和烧结过程中的反应造孔，所制得的孔结构尺寸均匀，孔隙丰富，满足过滤材料的孔隙条件。(3)所制得的Ni-Cr-Fe多孔合金，力学性能优异，能够抵抗过滤过程中的各种外力作用，满足过滤材料的力学性能要求。(4)所制得的Ni-Cr-Fe多孔合金，抗高温氧化性能优异，因此在高温过滤过程中，能够保持孔隙结构和材料性能的稳定。(5)所制得的Ni-Cr-Fe多孔合金，抗氯气腐蚀性能优异，在纯氯气环境下，材料的质量与孔隙结构均保持稳定，能够满足海绵Ti生产过程中的氯气环境服役条件。总之，本专利技术抗氯气腐蚀多孔材料，孔径分布均匀，孔隙丰富，使用寿命较长，抗氯气腐蚀性能优异，生产方法简单，成本低，优化了海绵Ti的生产工艺，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的Ni-Cr-Fe多孔合金的XRD图。图2为实施例1制备的Ni-Cr-Fe多孔合金的SEM图。图3为实施例1的Ni-Cr-Fe多孔合金氯气环境下的腐蚀动力学曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的描述。实施例1：将商业用的粒度均为300目的Ni粉、Cr粉和Fe粉按照质量比75:18:7的比例混合。粉末在V型混料机上混合10h，混合好的粉末用硬脂酸造粒干燥后，用100MPa的压力压成的生坯。然后将样品放在真空度为1×10-3Pa的真空炉中三阶段保温烧结，第一阶段：烧结温度从室温升至400℃，升温速率控制在5℃/min，并在400℃下保温240分钟；第二阶段：将烧结温度升至750℃，升温速率控制在10℃/min，并在750℃下保温180分钟；第三阶段：将烧结温度升至1200℃，升温速率控制在3℃/min，并在1200℃下保温300分钟；烧结后随炉冷却即得产品。烧结好的样品通过XRD检测物相组成，如图1所示。由图中可以看出，多孔Ni-Cr-Fe合金烧结后呈现出奥氏体相，Cr元素和Fe元素固溶在Ni元素中。且经过1200℃保温五小时的烧结之后，材料反应完全，呈现出单相。用SEM观察表面形貌，如图2所示。在1200℃的最终烧结温度保温后，多孔Ni-Cr-Fe合金的表面非常光滑，孔隙相互连通，孔隙率较丰富。多孔Ni-Cr-Fe合金的抗氯气腐蚀试验在400℃的纯氯气环境下进行。氯气由浓盐酸与高锰酸钾反应生成，并通过浓硫酸除水。试验后的样品在测试之前用乙醇充分清洗烘干，测试样品的重量以及孔隙变化。图3所示为多孔Ni-Cr-Fe合金在纯氯气中的腐蚀动力学曲线。可以看出，材料在腐蚀了60天以后，重量的变化在0.12左右，表明重量的变化值很小。表1所示为多孔Ni-Cr-Fe合金在纯氯气中腐蚀前后的孔结构变化，可以看出材料的孔隙有所增大，这与在后期清洗过程中，孔隙中存留的氯气与空气中的水分接触只有迅速水解生成腐蚀性极强的偏氯酸有关。然后总体而言，材料的孔隙还是保持在一个比较稳定的范围之内，表现出较好的抗腐蚀性能。目前还没有任何一种多孔材料可以长时间在纯氯气的环境下腐蚀。本专利技术的多孔Ni-Cr-Fe合金在400℃下的纯氯气中表现出的优异的抗腐蚀性能，对目前过滤行业的贡献是巨大的。表1Ni-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗氯气腐蚀的粉末烧结金属多孔体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)制备混合粉料：将Ni元素粉、Cr元素粉与Fe元素粉按质量百分比分别为75～80％、12～18％、2～13％的配比进行混合；(2)冷压成型：将步骤(1)制得的混合粉料造粒、干燥和成型，通过冷压成型得到压坯；(3)烧结：将步骤(2)制得的压坯在1×10‑2～1×10‑3Pa的真空条件下分三阶段烧结：第一阶段：烧结温度从室温升至400～450℃，升温速率控制在5～10℃/min，并在400～450℃下保温120～240分钟；第二阶段：将烧结温度升至750～850℃，升温速率控制在5～10℃/min，并在750～850℃下保温90～180分钟；第三阶段：将烧结温度升至1200～1350℃，升温速率控制在3～5℃/min，并在1200～1350℃下保温180～300分钟；烧结后随炉冷却即得产品。

【技术特征摘要】
1.一种抗氯气腐蚀的粉末烧结金属多孔体的制备方法，其特征在于包括
如下步骤：
(1)制备混合粉料：将Ni元素粉、Cr元素粉与Fe元素粉按质量百分比
分别为75～80％、12～18％、2～13％的配比进行混合；
(2)冷压成型：将步骤(1)制得的混合粉料造粒、干燥和成型，通过冷
压成型得到压坯；
(3)烧结：将步骤(2)制得的压坯在1×10-2～1×10-3Pa的真空条件下
分三阶段烧结：
第一阶段：烧结温度从室温升至400～450℃，升温速率控制在5～
10℃/min，并在400～450℃下保温120～240分钟；第二阶段：将烧结温度升
至750～...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖逸锋，刘艳，汤智，吴靓，许艳飞，郭小花，徐阳，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43